一文看懂碳纖維在汽車輕量化應用中的核心技術

輕質高強是材料發(fā)展永恒主題，從石器時代至今，碳纖維復合材料是目前工程上可以大規(guī)模應用比強度最高的材料；碳纖維經過50多年發(fā)展，技術開始成熟，大規(guī)模應用時機已經到來；碳纖維大規(guī)模應用，將使制造業(yè)發(fā)生又一次革命。

2017年全球碳纖維需求約8萬噸、中國大陸2.3萬噸，中國規(guī)劃2030年15萬噸：





2017年中國碳纖維產業(yè)現狀：消耗2.3萬噸，產能2.6噸，產量0.74萬噸，開始能夠滿足制造業(yè)規(guī)模應用需求：



設XX電動車5萬輛/年，每車用20公斤CFRP，需要約12公斤CF，共需600噸CF/年。我國2017年有11條CF千噸線，實際銷售7400噸，完全可以滿足幾個車型需求。如果有銷路，可隨時擴大碳纖維生產規(guī)模。

中國碳纖維產業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與出路

國內現狀：我國碳纖維產業(yè)呈現出“三多三少”的尷尬狀況: 企業(yè)多龍頭少，產能多產量少，用量多國產少；

國際環(huán)境：我國碳纖維產業(yè)發(fā)展“前有堵截、后有追兵”，不僅面臨日美的高端禁運和低端擠壓，也面臨韓/土耳其/印度等后發(fā)國家的快速追趕，生存環(huán)境嚴峻；

碳纖維在制造業(yè)應用，將形成中國特色碳纖維產業(yè)：中國汽車、高鐵、建筑、造船等眾多產業(yè)產量世界第一，如果你形成碳纖維與金屬混雜使用，將形成巨大的碳纖維產業(yè)；

碳纖維在制造業(yè)應用，將巨大提升中國制造業(yè)國際競爭力：中國制造2025優(yōu)先發(fā)展10大領域，有8大領域迫切需要CFRP；交通運輸工具輕量化，節(jié)能減排，提升續(xù)航里程；運動部件慣性減少，提高精度，提高速度；裝備抗腐蝕，提高安全性，提高壽命。

1.全產業(yè)鏈低成本化技術體系與批量供應鏈體系是碳纖維在制造業(yè)大規(guī)模應用的關鍵

•降低CFRP成型過程和樹脂成本是重點：航空航天級碳纖維價格1000元/Kg，CFRP制品價格1-2萬/Kg，增加10-20倍；汽車用碳纖維100-130元/Kg, CFRP零部件500-2000元/Kg,增加3-20倍；



2.碳纖維制造成本不斷降低：制造新技術不斷涌現+規(guī)模不斷擴大

全球碳纖維制造成本不斷降低（T700碳纖維2015年350元/Kg,2018年100-130元/Kg）：規(guī)模不斷擴大（全球2017年產能8.4萬噸，預計2020年11萬噸；中國規(guī)劃2030年15萬噸）；碳纖維制造新技術不斷涌現（高效氧化碳化、微波、等離子體、瀝青基、PE基等）。



碳纖維在汽車輕量化應用技術發(fā)展

碳纖維與金屬混雜，將改變汽車產業(yè)組織模式



寶馬是碳纖維在汽車應用的先驅
率先建立應用技術體系、供應鏈體系、量產車型應用示范



碳纖維在量產車型應用案例

1.寶馬i3—CFRP車身



2.寶馬7系—CFRP增強B柱



3.奧迪A8—CFRP后壁板



預計全球2020年前將有一批量產車型使用CFRP



碳纖維在汽車輕量化應用的核心技術

中國是汽車制造大國，碳纖維與金屬混雜，結合中國新能源汽車產業(yè)，有望形成中國特色汽車產業(yè)及其車用碳纖維新興產業(yè)。



核心技術一：汽車CFRP模塊化結構設計、驗證與評價

模塊化CFRP結構技術體系正在形成：減少零部件數量，減少模具費用，減少連接，減低制造成本；有利于低成本自動化量產。

模塊化CFRP結構技術體系正在形成：減少零部件數量，減少模具費用，減少連接，減低制造成本；有利于低成本自動化量產。

核心技術二：CFRP低成本自動化量產技術與裝備

低成本自動化量產新技術與設備是成敗的關鍵：可降低生產成本、提高質量穩(wěn)定性、提高生產節(jié)拍，是CFRP在制造業(yè)大規(guī)模應用的核心技術；全球有一大批自動化設備公司與工藝結合，開發(fā)各種新成型技術與新裝備。



核心技術三：熱塑性復合材料CFRTP快速成型技術

熱塑性復合材料是汽車輕量化的重要發(fā)展方向，技術不斷進步：回收循環(huán)、維修方便、成型快、成本低、韌性好、耐濕熱性能好。

熱塑性復合材料是汽車輕量化的重要發(fā)展方向，技術不斷進步：CFRTP板材--預熱--冷模具沖壓，有望幾秒完成成型，速度快，成本低。



挖掘CFRP在汽車應用價值







綜上，碳纖維在汽車輕量化應用的發(fā)展建議如下：

1.加大政府支持力度，發(fā)揮企業(yè)主力軍作用；

2.建立中國汽車輕量化CFRP技術體系和供應鏈體系，形成量產車型應用示范效應；

3.加強汽車輕量化專用原材料開發(fā)：工業(yè)用碳纖維低成本制造新技術，汽車專用碳纖維牌號，車用快速固化樹脂與預浸料，降低產業(yè)鏈成本；

4.加強低成本自動化量產技術與裝備開發(fā)，包括：1）快速固化樹脂與預浸料、低成本快速成型新技術、低成本自動化量產設備；2）熱塑性復合材料低成本制造技術及其自動化裝備；

5.加強交叉學科人才培養(yǎng)。

參考資料：中國工程院 蔣士成的演講“國產碳纖維與汽車輕量化技術發(fā)展”